Пластинчатый теплообменник – в чем особенности и как рассчитывается оборудование

Технический прибор, который применяется для обмена средами, имеющими разный терморежим, называется теплообменником. Такое оборудование выпускается в разных видах, моделях, модификациях. Одним из наиболее востребованных считается пластинчатый обменник. Он состоит из комплекта пластинчатых элементов, образующих проходы, по которым циркулируют и обмениваются теплоэнергией рабочие среды.

Характеристики пластинчатых теплообменных агрегатов прописаны действующих ГОСТах:

• поверхность обмена теплоэнергией – от двух до шестисот квадратных метров (зависит от размера и конфигурации пластинчатых элементов);
• рабочее давление в системе – до 1,6 МПа;
• терморежим сред – от –30 до +180 градусов по шкале Цельсия;
• рабочая среда – жидкость, парообразная, газы.

Особенности оборудования

Основными элементами данного оборудования являются штампованные металлические пластины толщиной до 1 миллиметра. Материалом для изготовления пластин может выступать нержавеющая сталь, титан, различные металлические сплавы с антикоррозийными свойствами.

Поверхность пластинчатых элементов – гофрированная, что позволяет создать турбулентность при движении рабочих сред в каналах. За счет этого повышается эффективность обмена теплоэнергией, а на поверхности пластин не откладываются загрязнения.

Сечение гофры – треугольник с равными сторонами. Величина угла гофры обратно пропорциональна скорости потока рабочей среды. Чем он меньше, тем быстрее движется поток. С увеличением угла повышается сопротивление в проходах, соответственно – снижается скорость потока.

Виды оборудования

Пластинчатые обменники тепловой энергией выпускаются в таких вариантах исполнения:

• разборной. Помимо пластин, включает штатив, фронтальную неподвижную и тыльную подвижную плиту, направляющую вверху и внизу. Все элементы соединены между собой с помощью крепежей – болтов и гаек. Для уплотнения пластинчатых элементов предусмотрены резиновые прокладки, которые обеспечивают герметичность, предотвращают протечки. Такие теплообменники получили наиболее широкое распространение. Они отличаются простотой монтажа, демонтажа, технического обслуживания и ухода;
• полуразборной, называемый также полусварным. Включает несколько модулей, каждый из которых состоит из двух пластин, соединенных между собой методом лазерной сварки. Модели соединяются в единую конструкцию тыльной и фронтальной плитой и скрепляются болтами. Данные агрегаты используются в холодильных системах, в системах теплоснабжения с парообразной рабочей средой, а также в технологических процессах, предусматривающих нагрев-охлаждение агрессивной среды;
• неразборной – состоит из пластин, которые соединены между собой посредством пайки либо сварки. Отличаются высокой надежностью, компактностью, простотой монтажа, экономической эффективностью. Каналы таких теплообменников самоочищаются за счет высокой турбулентности.

Особенности подключения теплообменников

Для подвода и вывода рабочих сред предусмотрены специальные патрубки. Они расположены на фронтальной плите. Однако есть модели, в которых патрубки находятся и на фронтальной, и на тыльной плите. Входное и выходное отверстие расположены так, чтобы разные среды перемещались противотоком.

Для подсоединения к трубопроводам, в которых циркулируют рабочие среды, используются фланцевые соединительные элементы (под сварку) или крепежи резьбового типа. При отсутствии патрубка на плите делается отверстие с внутренней резьбой. Для надежного подсоединения к трубопроводу используется уплотнитель из каучука или резины.

Расчет теплообменников

Теплообменник – это оборудование, которое проектируется под конкретный объект и для решения конкретной задачи, поэтому его расчет проводится в индивидуальном порядке. Основные параметры, требуемые для расчета:

• мощность – какое количество теплоэнергии необходимо для отопления или горячего водоснабжения конкретного объекта;
• графики температур – каков терморежим рабочей среды, подаваемой теплосетью, и до какого уровня необходимо нагреть рабочую среду на объекте.

При расчете теплообменника принимаются во внимание такие исходные данные:

• тип рабочих сред. Например – вода и вода, пар и вода. Исходя из этого подбираются пластины соответствующего материала;
• мощность (в киловаттах) или теплонагрузка (в гигакалориях в час). Определяется количество теплоэнергии, которую должен отдать теплообменник. Если неизвестна теплонагрузка, берется в расчет массовый расход рабочей среды (пропускная способность оборудования);
• терморежим рабочей среды на входе в теплообменник. Например, для отопительных котлов данный параметр не может превышать 55 градусов Цельсия;
• термореждим рабочей среды на выходе из теплообменника.

Такую информацию можно получить из Технических условий, выдаваемых теплоснабжающей компанией, договора с указанной организацией. На коммерческих и промышленных объектах эти данные предоставляет главный инженер.

При проектировании теплообменника выполняются такие виды расчетов:

• тепловой – расход рабочей среды, уровень теплоотдачи, разница температур и другие характеристики агрегата;
• конструктивный. В свою очередь, бывает ориентировочным и подробным. Первый позволяет определить поверхность оборудования, проходное сечение, приблизительные коэффициенты значения теплообмена. С учетом этих данных подбирают теплообменники (один или несколько). На выбранных агрегатах при заданных параметрах проводятся подробные расчеты;
• гидравлический – вычисляется гидравлическое сопротивление, создаваемое агрегатом.

При расчете указывается такая информация:

• условия эксплуатации оборудования;
• конструктивные характеристики – количество пластин, их компоновка и материал изготовления, тип крепежных элементов, материал уплотнителей, запас площади на отложение загрязнений (не более 50%) и другие;
• расчетные данные – должны соответствовать условиям, в которых будет эксплуатироваться теплообменник.

Правильный расчет пластинчатого теплообменника – залог комфортного микроклимата, корректной работы оборудования, рационального использования энергоресурсов. Работу должны выполнять специалисты с профильным образованием и опытом в данном направлении.